Расчет силового преобразователя

Условия охлаждения преобразователя

  Температура полупроводниковой структуры прибора определяется мощностью, рассеиваемой в структуре, тепловыми сопротивлениями элементов конструкции прибора и условиями его охлаждения.

По заданию на курсовое проектирование ток нагрузки   не превышает 800…1000 А, исходя из этого используем естественное воздушное охлаждение. Этот вид охлаждения наиболее прост в реализации и кроме того повышает надежность функционирования всей преобразовательной установки. Примем скорость охлаждающей среды равной Vс=0 м/с.

 

Расчетный ток нагрузки

В отсутствии графика нагрузки вентильного преобразователя в качестве расчетного примем номинальный ток нагрузки = = 44 A.

 

Параметры цепи нагрузки

Для двигателя постоянного тока активное сопротивление его якорной цепи R_ЯЦ, состоит из сопротивлений обмоток якоря R_Я, дополни­тельных полюсов R_ДП и компенсационной R_К, может быть вычислено по приближённой формуле:

     (3.1.3)

где U_dH – номинальное напряжение, В;

  I_dH – номинальный ток, А;

  P_H  – номинальная мощность, Вт, электродвига­теля постоянного тока.

Собственная индуктивность якоря двигателя постоянного тока определяется по формуле Лиумвиля - Уманского:

(3.1.2)

где K_L = 10 – конструктивный коэффициент,  – число полюсов электродвигателя, N_H – но­минальная скорость вращения, об/мин. Для но­минальной скорости N_H =1433,121 об/мин.

 

 

     3.1.4  Схема преобразователя

     На рис.3.1.4.1 представлена схема преобразователя. Согласно заданию в качестве преобразователя возьмем трёхфазную мостовую несимметричную схему.

 

Рис.3.1.4.1 Трехфазная мостовая несимметричная схема

    3.2 Выбор вида связи выпрямителя с сетью

В этом разделе выбирается элемент, связывающий вентильную схему с сетью переменного тока (согласующий трансформатор или токоограничивающий реактор – ТОР). Основой для принятий решения являются номинальные напряжения сети (фазное  и линейное ) и нагрузки –  и схема выпрямления.

 

    3.3  Выбор согласующего трансформатора или токоограничивающего реактора

    В качестве звена, согласующего выпрямительный блок с сетью переменного тока, может использоваться согласующий трансформатор либо токоограничивающий реактор. Согласующий трансформатор может применяться для следующих целей:

1. изменить величину переменного напряжения сети в соответствии с принятой схемой выпрямления;

2. преобразовать число фаз сети переменного напряжения и/или задать среднюю точку;

3. своим сопротивлением понизить токи короткого замыкания при внутренних и внешних повреждениях в выпрямителе и ограничить скорость нарастания прямого тока вентилей в коммутационных процессах.

ТОР может выполнить только третью задачу. Следовательно, для трехфазной мостовой несимметричной схемы необходим дополнительный анализ.

Преобразователь должен обеспечить номинальное напряжение на нагрузке в нормальных режимах работы с учетом минимально допустимых углов регулирования, возможных понижения сети и падений напряжения в элементах установки (вентильной схеме, сглаживающем реакторе, соединительных проводах).

,       (3.3.1)

где  – номинальное напряжение нагрузки (), В;  – падение напряжения на активных сопротивлениях цепи выпрямленного тока (вентилях, сглаживающем реакторе, соединительных проводах), предварительно можно принять  ;  – коэффициент схемы выпрямления (для трёхфазной мостовой несимметричной схемы выпрямления );  – коэффициент, учитывающий возможное падение напряжения сети, в соответствии с ГОСТ 13109-87 на зажимах электроприемников в нормальных режимах допускается отклонение напряжения , следовательно,  (расчетным является значение );  – минимальный угол регулирования для нереверсивного преобразователя при согласованном управлении;  – коэффициент наклона внешней характеристики выпрямителя (для трёхфазной мостовой несимметричной схемы выпрямления ), учитывающий понижение напряжения на выходе выпрямителя при коммутации токов вентилей;  – напряжение короткого замыкания трансформатора, %, предварительно можно принять .

Ток на входе вентильного преобразователя (ток вторичной обмотки трансформатора или ТОР)

                                     (3.3.2)

где  – коэффициент фазного тока при активно–индуктивной нагрузке ();  – коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольного, .

А.

Для мостовых трехфазных схем возможно применение токоограничивающего реактора при выполнении условия:

            ,                     (3.3.3)

 условие не выполняется.

Условия для использования токоограничивающего реактора не выполняются, следовательно, в качестве элемента, связывающего вентильную схему с сетью переменного тока, возьмем согласующий трансформатор.

    3.4  Выбор и проверка согласующего трансформатора

    Габаритная мощность трансформатора определяется по выражению, кВА,

           ,                 (3.4.1)

где  – коэффициент типовой мощности трансформатора ().

 кВА

Далее необходимо подобрать соответствующий однофазный трансформатор, отвечающий следующим условиям:

                                                        ,

                                                        ,

                                                        ,                                        (3.4.2)

                                                        ,

где , , ,  – номинальные значения мощности, первичного и вторичного напряжения и вторичного тока трансформатора.

Выберем трансформатор ТС-15/0.6. Технические данные: =15 кВА, В, В, Вт, Вт, %.

Номинальный вторичной ток трансформатора рассчитывается по формуле:

           ,                               (3.4.3)

где  – число фаз вторичной обмотки (m₂=3);  – коэффициент схемы ().

А

 ,

Выбранный трансформатор подходит по всем условиям проверки.

Определим индуктивное  и активное  сопротивления, Ом, приведенные ко вторичному напряжению, и коэффициент трансформации :

   , , ,      (3.4.4;3.4.5;3.4.6)

где  – потери короткого замыкания в трансформаторе, Вт.

Ом, Ом,

При использовании согласующего трансформатора в дальнейших расчетах будем учитывать, что к выпрямителю подводится номинальное переменное напряжение, создаваемое вторичной обмоткой В.

 

     3.5 Расчет регулировочной характеристики

     Регулировочной характеристикой является аналитическая или графическая зависимость напряжения на выходе выпрямителя от угла регулирования.

Исходными данными для ее построения служат напряжение, подводимое к вентильной схеме В, и режим работы преобразователя.

В качестве расчетного примем режим непрерывных токов при работе на активно-индуктивную нагрузку. Регулировочная характеристика строится без учета падения напряжения в выпрямителе и в цепи выпрямленного тока.

1. Выпрямленное напряжение преобразователя при угле регулирования  определяется:

                                                   ,                  (3.5.1)  

где  – коэффициент схемы (для трёхфазных схем ).

              В   (3.5.2)

2. Регулировочная характеристика для трёхфазного мостового несимметричного преобразователя:

,

Рис. 3.3.1. Регулировочная характеристика.

По полученной характеристике определим минимальный (начальный) угол управления, необходимый для ограничения выходного напряжения номинальной величины (U_H=220 В), и максимальный (конечный) угол , необходимый для обеспечения минимального напряжения (U_min=22 В).

эл. гр. эл. гр.